一种110kV鼓型双回路复合横担塔的制作方法

一种110kv鼓型双回路复合横担塔
技术领域
[0001]
本实用新型属于高压输电领域，涉及一种110kv鼓型双回路复合横担塔，具体涉及一种带二分拉杆的三拉一压横担结构体系以及与此体系对应的塔身构造。


背景技术：

[0002]
在输电线路中，架空输电线路使用的传统杆塔存在质量大、易锈蚀、易开裂、寿命短等缺点。由于塔身结构的原因，存在风偏跳闸、鸟粪闪络、线路走廊宽、雷击跳闸、塔身过高、冰闪事故等诸多问题，且建设成本和运行维护成本高，经济性能不佳。
[0003]
frp复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀以及耐久性能和电绝缘性能好等特点，非常适合于制造输电杆塔。frp复合材料用于制造复合横担，有利于提高横担的绝缘性能，减少塔头尺寸；有利于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；有利于提高横担的耐火性能，保障输电线路的正常运行；有利于提高横担的力学性能，保证输电杆塔的稳定性和使用年限。利用复合横担轻便、易加工成型、易于上塔组装等特点，可降低杆塔的运输和组装成本；利用复合材料的耐腐蚀、耐高低温、强度大、被盗可能性小的特点，可降低线路的运行维护成本；同时由于复合横担颜色可调、无毒害、报废后可再利用，增强了线路的环境友好性。因此，从输电线路安全运行的可靠性与稳定性，以及环境保护角度来看，开展复合横担的研究和应用，对于环境友好、安全可靠的输电系统是非常必要的。
[0004]
目前三拉一压横担结构体系存在以下缺陷：1、中向绝缘拉杆连接在塔体角钢中部，角钢受力不合理；2、侧向绝缘拉杆连接在横向伸出的角钢构件上，虽保证了力的有效传递，但由于两侧存在外伸构件，导致输电塔用钢量和走廊宽度增加；3、支柱绝缘子连接于塔身角钢上，角钢中部缺少支撑，易导致构件失效。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种结构简单、受力合理、外形美观、施工方便，且具有稳定支撑的110kv鼓型双回路复合横担塔，该塔能够减小走廊宽度，环境友好，减少风偏闪络事故，降低工程造价。
[0006]
为了实现上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
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一种110kv鼓型双回路复合横担塔，包括塔身、位于塔身顶部的地线支架以及横担，所述塔身呈鼓型，所述横担为复合横担，包括上相复合横担、中相复合横担和下相复合横担，上相复合横担、中相复合横担和下相复合横担从上至下依次排布，并通过支柱绝缘子和斜拉绝缘子与塔身连接。
[0008]
进一步，上相复合横担、中相复合横担和下相复合横担均由一根支柱绝缘子和五根斜拉绝缘子组成。
[0009]
进一步，所述的支柱绝缘子通过塔架端部连接件固定于塔身；所述的斜拉绝缘子通过环形连接件连接在支柱绝缘子和塔身l型连接板上。
[0010]
更进一步，所述的支柱绝缘子通过塔架端部连接件和双拼角钢相连。
[0011]
进一步，设置十字截面撑杆与双拼角钢通过螺栓相连，设置角钢缀条分别与十字截面撑杆和塔身角钢缀条用螺栓相连。
[0012]
进一步，所述的斜拉绝缘子由两根独立拉杆和一个组合拉杆体构成。
[0013]
更进一步，所述的组合拉杆体由两根在空间连接成v形的二分拉杆和一根长拉杆组成，进一步的，二分拉杆和长拉杆之间通过环形结构连接。
[0014]
本实用新型除复合横担支柱绝缘子和复合横担斜拉绝缘子为复合材料外，其余结构构件均为角钢或钢构件。
[0015]
进一步，所述斜拉绝缘子为柔性件，复合材料采用玻璃钢环氧树脂纤维。
[0016]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0017]
本实用新型的塔架为鼓型结构，构造简单、形式优美；横担为复合结构，结构对称，各构件通过空间桁架体系把荷载有效地传递到塔身节点处，同时输电塔用钢量和走廊宽度不会增加。
[0018]
同时，支柱绝缘子通过塔架端部连接件和双拼角钢相连，角钢受力合理。设置十字截面撑杆与双拼角钢通过螺栓相连，角钢中部提供支撑，可靠性极高。
[0019]
与常规鼓型角钢塔相比，由于用复合横担代替了钢横担、取消了悬垂绝缘子串，本实用新型使铁塔的呼高降低约4.5m，塔高降低约5.5m，线路走廊宽度减少约13.5％，塔重降低约15％，整体造价降低约13％。
附图说明
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图1是本实用新型复合横担塔的单线图。
[0021]
图2是本实用新型中相复合横担结构正视图。
[0022]
图3是本实用新型中相复合横担结构俯视图。
[0023]
图4是本实用新型控制点处的荷载-位移曲线图。
[0024]
图5是本实用新型横担结构体系位移云图。
[0025]
图6是本实用新型横担结构体系应力云图。
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图7是本实用新型复合材应力云图。
[0027]
图8是角钢横担鼓型输电杆塔的结构示意图。
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图中各标号的含义为：
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1-上相复合横担支柱绝缘子；2-中相复合横担支柱绝缘子；3-下相复合横担支柱绝缘子；4-上相复合横担斜拉绝缘子；5-中相复合横担斜拉绝缘子；51-独立拉杆；52-长拉杆；53-二分拉杆；6-下相复合横担斜拉绝缘子；7-地线支架；8-塔身；9-支柱绝缘子导线端部套头；10-支柱绝缘子塔架端部套头；11-环形连接件；12-环形结构；13-夹线金具；14-塔架端部连接件；15-双拼角钢；16-十字截面撑杆；17-角钢缀条；18-塔身角钢缀条；19-l型连接板；20-螺栓。
[0030]
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0031]
以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
[0032]
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
[0033]
如图1所示，本实用新型公开了一种110kv鼓型双回路复合横担塔，包括两套三相复合材料横担、两套钢地线支架7以及角钢塔身8。具体的，本实用新型的支柱绝缘子通过塔架端部连接件14固定在塔身8上，斜拉绝缘子通过环形连接件11固定在塔身8上，地线支架7位于塔顶。除复合横担支柱绝缘子和复合横担斜拉绝缘子为复合材料外，其余结构均为角钢或钢连接件。本实用新型的复合材料为玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料。
[0034]
具体的，本实用新型的复合横担结构均包括一根frp复合材料支柱绝缘子、五根复合材料斜拉绝缘子。进一步的，如图2所示，支柱绝缘子通过塔架端部连接件14和双拼角钢15通过螺栓20相连；斜拉绝缘子中，独立拉杆51通过环形连接件11分别与双拼角钢15和支柱绝缘子导线端部套头9相连，长拉杆52和二分拉杆53通过环形结构12相连成一个组合的拉杆体，该体系再通过环形连接件11分别连于支柱绝缘子导线端部套头9和塔身处的l型连接板19。
[0035]
具体的，本实用新型的双拼角钢15、十字截面撑杆16、角钢缀条17、塔身角钢缀条18、和l型连接板19等均作为塔身8的一部分。进一步的，如图3所示，左右两侧的支柱绝缘子在同一水平线上，中间连有十字截面撑杆16，在十字截面撑杆16中间两侧增设角钢缀条17，各部件均通过螺栓20相连。
[0036]
具体的，本实用新型的110kv鼓型双回路复合横担塔为一个空间桁架体系，除横担外，其余结构构件均为钢构件；受力原理简单，复合支柱绝缘子在正常运行情况下主要承受压力，在大风或者不均匀雪压条件下也可能部分承受拉力、部分承受压力；斜拉绝缘子承受拉力，能有效分担作用于支柱绝缘子的力；整个横担体系传力简单，各构件上的力均能有效的传递至塔身节点处，整塔受力合理。
[0037]
以下通过建立有限元模型来模拟本实用新型带二分拉杆的三拉一压横担结构的复合材料受力：
[0038]
(1)模型建立
[0039]
采用有限元软件abaqus 2019对本实用新型进行有限元模拟分析，建立带二分拉杆的三拉一压横担结构模型。
[0040]
钢材采用q355b，屈服强度取f
v
＝355mpa，弹性模量e＝206000mpa，泊松比取v＝0.3；frp复合材料基本力学参数如表1所示，极限强度400mpa；施加荷载如表2所示。
[0041]
表1 frp材料基本力学性能参数表
[0042][0043]
表2断线工况
[0044][0045]
(2)结果分析
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节点的荷载-位移曲线如图4所示，由曲线可得，结构在1.2倍富裕度荷载下(66.92kn)，控制点位移约41mm，结构变形较小。横担结构体系在1.2倍富裕度荷载下的位移云图如图5所示。由图6可以看出，横担结构体系所有构件均处于弹性受力阶段。由图7可以看出，复合材料压柱和拉杆均处于弹性阶段，说明frp复合材受力较好。综上，本实用新型的结构整体位移和复合材应力均在规范允许的范围之内，满足设计要求。
[0047]
按照上述技术方案实现的110kv鼓型双回路复合横担塔，frp复合材料主材通过环氧树脂与钢套筒固接，即钢套管连接，该连接限制了fpr构件的变形，提高了节点的承载能力，传力可靠，连接方便。通过螺栓将frp复合绝缘子横担体系和塔架连接成一个整体，构成结构形式简单且外形美观的格构式复合材料鼓型塔。
[0048]
本实用新型在传统角钢输电塔的基础上，不改变塔身的主体形式，对塔头的上部结构进行改造。具体表现为，将原角钢横担替换为frp复合材料横担，根据复合横担特有的绝缘特点，对横担和塔身的连接处进行了改进，通过结构设计弥补了材料刚度的不足，完成了复合横担与角钢塔主体的完美结合，便于在输电线路中推广应用。
[0049]
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。